GaAs-绝缘薄膜界面和金属-绝缘薄膜-半导体(MIS)结的特性

对Si-SiO2系统广泛而深入的研究和器件的平面技术的发展,导致了Si金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSPET)及其集成电路(IC)的辉煌成就.GaAs的电子迁移率比Si高五倍多,预期GaAs金属-绝缘薄膜-半导体场效应晶体管(MISFET)可工作于更高频率,其IC可应用于更高速度.以往十多年,对GaAs-绝缘薄膜界面和MIS结的特性进行了研究(见文献[1]),取得了一定成果,但因研究对象相当复杂,还未能在FET及其IC方面取得突破.与此同时,对GaAs的金属-半导体(M-S)界面和结的特性也进行了研究,目前已在一系列GaAs微波器件包括金属-半导体接触场效应…     

CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性（英文）

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。     

半导体家族(二)

<正>4.半导体器件家族半导体器件同样是种类繁多、神通广大、各显其能,其族谱如图15所示。在半导体器件中贡献最突出的当属双极晶体管(BJT)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。他们既可以以分立器件的形式单独成为产品实用,也可以作为构成集成电路的基本器件。4.1分立器件半导体分立器件包括具有整流作用的二级管(Diode),可作为开关或线性放大应用的BJT、MOSFET、结型场效应晶体管(JFET)、垂直双扩散场     

物理学研究与微电子科学技术的发展

回顾了微电子学的诞生和微电子技术的发展历史,展望了微电子技术未来的发展趋势.在微电子技术诞生和发展过程中具有一些里程碑式的发明,如晶体管、集成电路、集成电路平面工艺、MOS器件、微处理器、光刻技术、铜互连工艺的发明等,其中物理学研究和突破起了关键的基础作用.在社会需求、物理学研究和技术进步的推动下,微电子技术一直并将继续以特征尺寸缩小、集成度提高的模式,按摩尔定律预测的指数增长率发展.微电子技术的发展,不仅为物理学的研究提供了崭新的技术基础,而且为物理学研究展现了更为广阔的空间.但随着器件特征尺寸逐渐缩小并逼近其物理极限,微电子技术的发展将受到来自于材料、工艺和物理基础等方面的挑战,并呈现出多维发展的趋势,这些挑战涉及了微电子学与物理学的共同理论基础,需要二者互相锲合,期待新的突破.     

CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路（IC）的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲（EMP）引起的陷阱辅助隧穿（TAT）效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。     

应用于光传输系统的集成光电子学

<正> 在当前的光传输或信号处理系统中,其元器件一般是分立的(如激光器、光电二极管、混合器等)或者是单片式集成电路(如放大器、判决电路)。然而我们必须认识到只有光电器件的整体集成化才会给我们带来一系列的优点,如多功能、体积小、造价低和可靠性高等。在未来的光学传输和信号处理系统中,光     

支撑光网络发展的硅基光电子技术研究

作为大规模集成电路和化合物半导体光电子器件的制造技术共同构成的一门高新技术 ,硅基光电子技术越来越受到重视 .文章着重介绍中国科学院半导体研究所外延生长SiGe/Si量子结构和Si基器件研究的结果 :采用自行设计的UHV/CVD系统 ,成功地生长出Ⅱ型SiGe/Si量子阱和量子点 ,直到 2 5 0K仍能观察到自组织生长Ge/Si(0 0 1 )量子点的发光峰 ;研制成功SiGe/Si谐振腔增强型光电二极管 (RCEPD)、Y分支MZI光调制器和多模干涉 -马赫 -曾德干涉型光开关等Si基光电子器件 ;1 .3μm处RCEPD的量子效率达到 4 .2 % ,- 5V偏压下暗电流密度 1 2 pA/ μm2 ;2× 2热光型光开关的响应时间小于 2 0 μs,两输出端关态串扰为 - 2 2dB ,通态串扰为 - 1 2dB .     

绝缘层上多晶硅的激光加热再结晶方法

绝缘层上多晶硅的激光再结晶所制备的SOI(sil　　con on insulator)材料,可用于制造高速、抗辐照器仲,复合功能电路及三维结构的集成电路.它具有易于隔离(因而可以缩小电路尺寸,提高集成度),寄生电容小(因而可提高器件速度及工作频率),抗辐照能力强。可靠性高,以及与常规的集成电路工艺相容等优点、价格也比蓝宝石上外延硅的SOS(silicon onapphire)材料低. 激光加热再结晶制备SOI材料.就是在热氧化后地Si材料上,用低压化学气相淀积(LPCVD)多晶硅层。然后用激光束辐照加热,使多晶硅层局部熔化再结晶。由于再结晶过程是局部熔化一周化的…     

物理学研究与微电子科学技术的发展

回顾了微电子学的诞生和微电子技术的发展历史，展望了微电子技术未来的发展趋势。在微电子技术延生和发展中具有一些里程碑式的发明，如晶体管、集成电路、集成电路平面工艺、MOS器件、微处理器、光刻技术、铜互连工艺的发明等，其中物理学研究和突破起子关键的基础作用。在社会需求、物理学研究和技术进步的推动下，微电子技术一直并将继续以特征尺寸缩小、集成度提高的模式，按摩尔定律预测的指数增长率发展。微电子技术的发展，不仅为物理学的研究提供了崭新的技术基础，而且为物理学研究展现了更为广阔的空间。但随着器件特征尺寸逐渐缩小并逼近期物理极限，微电子技术的发展将受到来自于材料、工艺和物理基础等方面的挑战，并呈现出多维发展的趋势，这些挑战涉及了微电子学与物理学的共同理论基础，需要二者互相锲合，期待新的突破。     

金属—Al2O3—硅结构湿度传感器

金属-Al2O3-硅结构(以下简称Si-MOS)电容型湿度传感器主要用于三个方面:微电子器件及IC气密封装内腔气相湿度的非破坏性检测;器件及IC封装工艺保护气氛湿度的在线监测;各种永久性气体中微量水分的连续监测.在物理研究中,还可对混合气相中的水分压进行连续检测. 微电子器件封壳内的水汽含量过高,会使器件或IC发生金属弥散、MOS反型、布线长毛分枝以及其他失效;估计因湿气过高所导致的失效要占器件总失效的50%以上.Si-MOS湿度传感器正是为了满足这种检测需要和控制工艺过程而发明的,因此具有重大的实用意义. 一般高可靠性器件的内腔体…     

集成电路中的物理问题讲座 第十讲 集成电路技术的一些物理限制

1958年第一个平面型晶体管的诞生,为集成电路的发明奠定了坚实的技术基础.翌年,集成电路问世,其后集成规模以每年翻一番的高速度迅速发展.现已有能在几毫米见方的小硅片(又称芯片)上集成包含百万只元器件的超大规模集成电路.这二十多年中,一个芯片中集成的元器件数增加了几十万倍,而芯片的面积仅扩大了一个数量级左右.因此集成技术的发展主要是依靠缩小芯片中每个器件的尺寸来实现.实际上器件的线度缩小了近三个数量级,并已采用1-3微米宽的线条尺寸作为器件制造的设计规则.人们指望着进一步缩小器件的尺寸以获得超超大规模集成电路,这种努力…     

用液晶检测集成电路

通常的测试设备只能判断一集成电路(IC—以下同)是否在正常工作,但对于检测—IC究竟在那处或为什么失效却起不了多大作用。当然用扫描电子显微镜是可以对IC作很好的检测的,但这种设备太贵,并且,在某些场合下,观看时间也受到IC表面电荷积聚程度的限制。据Electronics.47(23)报导,美国无线电公司普林斯顿研究实验室研制了一种利用液晶测试IC的工艺。只须用通常的光学显微镜就可对例如全MOS的、双极的及其他实验室里常常制备的IC检测它们在工作时的电场分布及温度     

电子辐射环境中NPN输入双极运算放大器的辐射效应和退火特性

本文对不同偏置下的NPN输入双极运算放大器LM108分别在1.8 MeV和1 MeV两种电子能量下、不同束流电子辐照环境中的损伤特性及变化规律进行了研究, 分析了不同偏置状态下其辐照敏感参数在辐照后三种温度 (室温, 100 ℃, 125 ℃) 下随时间变化的关系, 讨论了引起电参数失效的机理, 并且分析了器件在室温和高温的退火效应以讨论引起器件电参数失效的机理. 结果表明, 1.8 MeV和1 MeV 电子对运算放大器LM108主要产生电离损伤, 相同束流下1.8 MeV电子造成的损伤比1 MeV 电子更大, 相同能量下0.32 Gy(Si)/s束流电子产生的损伤大于1.53 Gy(Si)/s束流电子. 对于相同能量和束流的电子辐照, 器件零偏时的损伤大于正偏时的损伤. 器件辐照后的退火行为都与温度有较大的依赖关系, 而这种关系与辐照感生的界面态密度增长直接相关.     

电子散射效应对电子束光刻的影响

自七十年代中期,第一批计算机控制的亚微米对准精度的扫描电子束光刻机问世以来不到十年,一个引人注目的新技术领域──微细加工技术随之发展起来.人类有可能用这新技术来获得亚微米级(<1μm)、毫微米级(nm)的尺寸.电于束光刻在微细加工技术中份演着重要角色.超大规模集成电路、高速器件、超导结器件、声表面波换能器、高密度磁泡存贮器、集成光学元件、材料科学以及生物学等领域,都需要加工更小的尺寸.微细加工技术通常包括微光刻技术.干法腐蚀技术.离子注入技术和超薄层形成技术等.微光刻技术是形成微细图形和转移图形的重要技术.历史悠久…     

优质半导体Si材料的外延生长——在Si上外延生长用于光和电子器件的Ge-Si合金及金属硅化物

自从五十年代人们发明了晶体管以来,硅单晶一 直在现代微电子技术中担当主角.但在未来微电子技 术的发展中,Si的地位将有可能不断下降.这是由Si 本身的性能造成的:Si的载流子迁移率、载流子饱和 漂移速率都小于GaAs,Si集成电路的运算速度远慢于 GaAs集成电路.又由于Si属间接能隙材料,它在发光 和光探测器件中的应用受到限制.因此,Si似乎与未 来的光集成电路无缘,但Si具有资源丰富、加工容易 的优点.Si的氧化物SiO2是性能优异的绝缘材料,在 集成电路的制造中有独特的优势.要扬长避短,发挥Si的优势,必须在Si的基础上开发高性能的新材料…     

弱信号处理技术的几点讨论

近十几年来,为了获得更为微弱的有用信息,人们除研制各种低噪声器件外,还系统地开展了一套弱信号处理技术.目前,这门技术在物理学实验研究中应用广泛,发展非常迅速.本文拟对弱信号处理技术的若干问题进行探讨. 一、动态范围与信号恢复 任何弱信号处理系统,都是将来自传感器的弱信号(以及噪声)作放大并进行处理,最后将信号显示和记录.因此需要了解系统的总体性能,输入动态范围就是首先考虑的问题.因为不论研究和使用,都希望知道:(1)灵敏度.即输入待测信号能获得的满刻度输出;(2)所能容纳的最大噪声量级:(3)最小可辨别信号电平这三个临界电平…     

GaAs中的离子注入技术

在ＧａＡｓ集成电路和器件研制中，离子注入是关键技术之一．介绍了用离子注入ＧａＡｓ形成ｎ型和ｐ型区，以及离子注入ｐ型和ｎ型ＧａＡｓ形成绝缘层、形成ｎ＋ＧａＡｓ深埋层等重要技术．对有关物理机制进行了讨论并提出了一些新见解；该离子注入新工艺已经应用于ＧａＡｓ器件和集成电路的研制，获得了多种新型器件． Optical and electrical properties of Si GaAs wafers implanted with Si+, S+, Be+, Mg+, B+, O+ have been investigated in this paper.     

薄膜晶体管的工作特性——用于大面积集成固体显示器

薄膜晶体管(TFT)技术和场致发光(EL)薄膜技术结合,制成了一个每吋20条线的大面积集成平板显示器。真空淀积在每个象元上的薄膜晶体管,起所需的寻址和驱动作用。在本文中,我们讨论在正常电视频率下工作的显示板对TFT工作性能的要求。重点讨论关系到显示板可靠性的器件均匀性和稳定性问题。文中说明,每个象元有一个薄膜电容器和“行寻址”(一次一行)方案相结合时,对有源TFT器件的性能要求比较适中。本文也谈到在6吋×6吋显示板中用的TFT的长期工作特性(寿命)、稳定性和可靠性。分立的器件在25℃到100℃的温度范围内,以与实际的显示板相同的信号条件工作,获得了超过100,000器件一小时的可靠性数据。这些试验结果都在与组合显示板电路条件有关的地方讨论。     

Si基IV族异质结构发光器件的研究进展

Si基光互连具有高速度、高带宽、低功耗、可集成等特点, 有望解决集成电路的集成度在日益提高时电互连带来的问题. 在Si基光互连的关键器件中, 除了Si基光源尚未得到解决, 其他器件都已经实现, 因此Si基可集成高效光源具有十分重要的研究意义. 同为IV族元素的Ge 和GeSn因其与Si的可集成性及其独特的能带结构有望成为Si基光电集成回路中的光源. 虽然Ge是间接带隙材料, 但通过引入张应变、n型重掺杂, 或者引入Sn形成GeSn合金等能带工程手段来提高发光效率. 近年来, Si 基IV族发光材料和发光器件有许多重要进展, 本文就Si基Ge, GeSn材料发光研究中的几个关键技术节点——应变工程、掺杂技术、理论模型和器件研究——回顾了近几年国际和国内的研究进展, 并展望了Si基IV族激光器的发展趋势.     

超大规模集成电路的科学

以硅为基体的超大规模集成电路(VLSI)的出现,是我们时代重大的技术事件之一.这一技术是在以前的科学知识基础上发展起来的,这里物理学起了主要作用. 目前全世界VSLI研究的大多数课题是使硅能继续发展,少数课题是寻找新材料或改变硅工艺.由于对材料、工艺以及它们在VSLI制作和使用过程中存在的极端条件下的相互影响缺乏基本了解,使这方面的进展受到严重限制.这些条件包括:急剧变化的浓度梯度、占支配地位的界面现象、强电场、在热处理过程中保持材料远离热平衡的成分以及对缺陷的极度敏感.目前可靠性的标准是:各个元件和互连必须耐用,例…